!!! Studiu de Fezabilitate

1

SC Trinergi Grup SRL; Bld. Naiunile Unite nr.5, Bl. 110, Sc. 1, Ap. 17, Bucureti, Sector 5 - J40/18337/2006 C.I.F: RO19193999 Tel: +4 0726208110, +4 0762208908 Fax: +4 0318113234; [email protected] www.trinergi.ro

STUDIU DE FEZABILITATE

Denumire: INSTALATIE PRODUCTIE BIOGAZ

Amplasament: Comuna Condeesti, judeul Ialomia Consultant: SC TRINERGI GRUP SRL Bucureti

Faza de proiectare: S.F. -pentru proiecte care prevad lucrari de constructii i/sau montaj-

Mai 2012

2


FOAIE DE CAPAT

INSTALATIE PRODUCTIE BIOGAZ

PROIECT REALIZAT DE SC TRINERGI GRUP SRL Faza: S.F. Consultant: SC TRINERGI GRUP SRL Bucureti Director: Dr. Augustin Ofiteru ......................................... Colectiv de elaborare: Dr. Mihai Adamescu ........................................ Dr. Augustin Ofiteru ....................................... Dr. Dan Ionescu .........................................

Mai 2012

3


CUPRINS : 1.1. Introducere ................................................................................................................... 4 1.2 Date generale Judetul Ialomita ...................................................................................... 6 1.3 Tipuri de biomas i cantitile disponibile .................................................................. 8 1.4 Metodologia de lucru .................................................................................................... 9 1.5. Evaluarea potenialului de biomas n Romnia ........................................................ 11 1.6 Dimensionarea fabricilor de biogaz care utilizeaz materii prime provenite din fermele de cretere a animalelor ....................................................................................... 14 1.7 Fabrici de biogaz de nivel fermier .............................................................................. 15 1.8 Fabrici de co-digestie centralizate .............................................................................. 19 2. Evaluare costuri ale materiei prime .............................................................................. 22 2.1 Considerente generale privind asigurarea cu materii prime pe termen lung ............. 23 2.2. Fluxurile de alimentare (ritmicitate, mrimea depozitului tampon etc) .................... 24 2.3. Modalitati de depozitare ............................................................................................ 25 2.4 Asigurarea sigurantei, conditiilor de mediu si calitatii materiei prime la depozitare . 27 3. Prepararea biogazului in vederea utilizarii ................................................................... 41 3.1 Plan de amplasament................................................................................................... 41 3.2 Parametrii biogazului si necesitatea conditionarii acestuia ........................................ 42 3.4. Posibilitatea unui stoc tampon de biogaz ................................................................... 49 3.4.1 Tancuri de joas presiune ......................................................................................... 49 3.4.2 Tancuri de inalta presiune ........................................................................................ 50 4. Instalaia de cogenerare ............................................................................................. 50 4.1 Caracteristici generale ................................................................................................. 50 5. Calcule preliminare cu privire la profitabilitatea investiiei, costuri, recuperare. ........ 57 5.1. Calcule cu privire la dimensionarea unei instalatii care are ca baza o ferma de 500 capete de bovine, 200 hectare teren cu culturi energetice (porumb), 300 tone glicerina. 57 5.3. Venituri ...................................................................................................................... 59 5.3.1 Venituri din valorificarea digestatului ..................................................................... 60 5.3.2 Venituri din valorificarea biogazului ....................................................................... 60 5.3.3 Venituri totale .......................................................................................................... 62 5.4. Costuri ........................................................................................................................ 62 5.4.1 Costuri de capital ..................................................................................................... 62 5.4.2 Costurile cu finatarea ............................................................................................... 63 5.4.3. Costurile operationale ............................................................................................. 63 5.4.4. Alte costuri .............................................................................................................. 63 5.4.5. Sumar financiar: ...................................................................................................... 64 5.4.5. Profiturile totale ...................................................................................................... 65 5.4.6. Durata de recuperare ............................................................................................... 65 6. Concluzii: .................................................................................................................. 66

4


Figuri: Figura 1. Zona pentru evaluarea potentialului pentru productia de biogaz 5 Figura 2. Producia de culturi energetice n Romnia. ...................................................... 11 Figura 3. Deeuri agricole din producia primar n Romnia.......................................... 12 Figura 4. Deeuri agricole din producia secundar n Romnia. ..................................... 13 Figura 5 Reprezentare schematic a unei fabrici de biogaz de nivel fermier, dotat cu un digestor orizontal din oel ................................................................................................. 16 Figura 6 Digestor orizontal, construit n Danemarca (Nordisk Folkecenter, 2001) ......... 16 Figura 7. Reprezentare schematic a unei fabrici de nivel fermier, dotat cu un digestor de tip dou ntr-unul, acoperit cu o membran uoar (folie) ....................................... 17 Figura 8. Imagine a unei fabrici de biogaz de nivel fermier din Danemarca, de co-digestie a gunoiului animal i a materialului provenit din culturi energetice ................................ 17 Figura 9. Digestor vertical din Germania, pentru procesarea dejeciilor provenite din fermele de porci i psri i a biomasei vegetale nsilozate .............................................. 17 Figura 10. Digestor vertical din Germania, construit n 2005 pentru digestia biomasei provenite din culturi energetice ........................................................................................ 18 Figura 11 Imagine a unei fabrici de co-digestie centralizat din Danemarca (LEMVIG BIOGAS) .......................................................................................................................... 19 Figura 13 Principalele fluxuri ale conceptului integrat al unei fabrici de co-digestie centralizate ........................................................................................................................ 21 Figura 14 Localizarea celor 4 ferme care au potentialul (d.p.d.v al materiei prime) sa produca biogas. ................................................................................................................. 24 Figura 15 Siloz de tip buncr (WIKIPEDIA, 2008) ......................................................... 26 Figura 16. Porumb depozitat pe sol, n grmezi mari, acoperite cu un strat nierbat ....... 26 Figura 17. Sistem de alimentare pentru curarea resturilor menajere solide (stnga) i materialele nedorite separate din resturile alimentare provenite din activitatea de catering........................................................................................................................................... 28 Figura 18 Exemplu de procedur standard de curare la Ribe biogas plant, Danemarca 36 Figura 20 Principalele componente ale unei fabrici de biogaz ......................................... 38 Figura 21. Etapele de procesare n fabricile agricole de biogaz ....................................... 39 Figura 22 Fabric agricol de biogaz prin co-digestie, care utilizeaz ca materii prime gunoiul de grajd i porumbul nsilozat .............................................................................. 40 Figura 23 Dispozitive de siguran la presiune i valvele aferente ................................... 42 Figura 24. Sulf elementar, rezultat n urma desulfurrii biologice n interiorul digestorului........................................................................................................................................... 45 Figura 25 Schema sistemului de desulfurare n cazul oxidrii biologice a H2S. .............. 45 Figura 26 Tanc de reacie pentru ndeprtarea hidrogenului sulfurat ............................... 46 Figura 27. Tancuri de stocare a gazului la joas presiune ................................................ 49 Figura 28. Copertin constituit dintr-o membran impermeabil pentru gaze, montat peste digestor, vzut din interiorul acestuia (stnga) (AGRINZ GmbH, 2006), i vedere din exterior ........................................................................................................................ 49 Figura 29 Cuptor cu biogaz pentru producerea cldurii ................................................... 51 Figura 30 Motoare Otto cu gaz ......................................................................................... 52 Figura 31 Structura unei microturbine .............................................................................. 54 Figura 32. Schema simplificat a unei pile de combustie ................................................. 55 Figura 33 Prima pil de combustie MCFC pentru biogaz din lume, funcionnd n Germania ........................................................................................................................... 56

5


1.1. Introducere Oportunitatea dezvoltrii produciei de biogaz este n principal legat de disponibilitatea materiei prime necesare produciei biogazului. Prin urmare, pentru estimarea potenialului de biogaz este necesar estimarea acestei disponibiliti, a diferitelor surse de materii prime ce pot fi supuse digestiei anaerobe, precum deeurile organice i culturile energetice. Scopul acestui studiu este identificarea zonelor cu cea mai mare densitate de asemenea surse, care pot fi considerate cele mai potrivite pentru dezvoltarea de instalaii pentru biogaz. Zona in care are loc evaluarea potenialului pentru producia de biogaz a fost selectata ca fiind Judeul Ialomia (Fig. 1).

Figura 1. Zona pentru evaluarea potenialului pentru producia de biogaz

6


1.2 Date generale Judetul Ialomita Relieful judeului Ialomia poart amprenta siturii sale n diviziunea estic a Cmpiei Romne Brganul, fiind dominat de cmpuri tabulare ntinse i lunci. Circa 65% din suprafaa judeului aparine Cmpiei Brganului, 15% Luncii Dunrii, 9% Cmpiei Vlsiei i 11% luncii Ialomiei i cmpiei de divagare Arge Buzu. Altitudinal, relieful n jude se desfoar n trepte de la nord la sud i de la vest spre est. Zona cea mai nalt 91 m se afl pe Platoul Hagienilor, lng satul Platoneti, ei alturndu-i-se Piscul Crsani 81 m i Cmpul Grindu 71 m. Altitudinea minim este de 8 m, n nordul incintei ndiguite a Braului Borcea. Clima judeului Ialomia este temperat-continental caracterizndu-se prin veri foarte calde i ierni foarte reci, printr-o amplitudine termic anual, diurn relativ mare i prin precipitaii n cantiti reduse. Durata medie anual de strlucire a Soarelui este cuprins ntre 2.100 i 2300 ore, numrul anual de zile cu cer senin este de 110; cu cer noros de 123, iar cu cer acoperit 130 de zile. Temperatura medie anual a aerului crete de la Nord-Vest (10,40 C la Armeti), ctre Sud-Est (11,10 C la Feteti). Minima absolut a ajuns pn la 32,50C la Armeti (25 ian.1942), iar maxima absolut pn la +440 C la Amara (august 1951), fapt ce determin o amplitudine termic maxim de 76,50C. Precipitaiile atmosferice, variaz ntre 400 i 520 mm/an, cele mai mici fiind repartizate n Lunca Dunrii, iar cele mai mari fiind n restul judeului. Vnturile au ca direcii dominante nord-est, nord, sud-vest i sud, dominante fiind crivul, austrul, bltreul i suhoveiul. Umezeala relativ a cerului variaz ntre 74 i 76%. Dintre fenomenele climatice caracteristice se remarc ngheul, bruma i viscolul, n perioada rece, seceta, roua i grindina, n perioadele calde ale anului. Reeaua hidrografic a judeului Ialomia cuprinde :

ape curgtoare : Dunrea veche (75 km.), Braul Borcea (48 km.), Ialomia (175 km.), Prahova (30 km.), Cricovu Srat, Livezile (7 km.), Bisericii (10 km.);

limane fluviatile : Strachina (5,75 km2), Fundata (3,91 km2), Iezerul (2,16 km2), cheauca (1,07 km2), Cotorca (0,72 km2), Jilavele (0,59 km2), Sruica (0,52 km2), Comana (0,43 km2), Maia (0,29 km2), Rogozu (0,26 km2), Ratca, Murgeanca, Valea Ciorii, Ctruneti, Hagieti, i altele.

lacuri de lunc : Piersica, Bentu, Bataluri, Marsilieni, Brbtescu ; lacuri de albie : Amara (1,68 km2) ; lacuri artificiale : Dridu (9,69 km2). Reeaua hidrologic este format din ape freatice potabile, aflate la adncimi de 2 7

m n lunci i 5 30 m n cea mai mare parte a judeului. Au fost identificate resurse de ap termal n zonele Amara i Giurgeni, cu o temperatur de 400C.

Resursele naturale

7


Solurile judeului Ialomia sunt cernoziomuri (193.000 ha.), cambice (25.000 ha.) i brun rocat ( 1.000 ha.), solurile aluviale (36.000 ha.) i solurile srturate solonceacuri i soloneuri (800 ha.). i altele. Majoritatea solurilor sunt favorabile agriculturii constituind una dintre bogiile judeului Ialomia.

Modul de folosin al terenurilor

Suprafaa total a judeului Ialomia este de 445.289 ha. din care : a. suprafaa agricol 373.690 ha (83,92%) ; b. 25.855 ha pduri i alte terenuri cu vegetaie forestier (5,8% ); c. 19.360 ha terenuri sub ape (4,27% ) ; d. 19.532 ha terenuri cu alt destinaie : drumuri i construcii (4,4%); e. 6.852 ha terenuri neproductive (1,6%). Modul de folosin a suprafeei agricole este urmtorul : 348.767 ha teren arabil (93,33% din totalul suprafeei agricole) ; 18.230 ha puni + fnee (4,87%) ; 386 ha livezi (0,1%) ; 6.307 ha vii i pepiniere viticole (1,68%).

n judeul Ialomia 204.293 ha sunt amenajate pentru irigat (54,67% din suprafaa arabil), iar 182.527 ha. pentru desecare (41% din suprafaa total).

Populaia

La recensmintele organizate n ultimele decenii, populaia judeului a nregistrat urmtoarele cifre:

- 19 decembrie 1912 172.869 locuitori - 6 aprilie 1941 239.862 locuitori - 5 ianuarie 1977 295.965 locuitori - 7 ianuarie 1992 306.145 locuitori - martie 2002 296.486 locuitori Structura populaiei de la ultimul recensmnt se poate clasifica astfel: Dup mediul n care triesc : - n mediul urban triesc 115.478 locuitori, reprezentnd 38,95% ; - n mediul rural triesc 181.008 locuitori, reprezentnd 61,05%.

Densitatea populaiei era n martie 2002 de 67 locuitori/km2. Populaia este grupat n municipiul Slobozia (52.677 locuitori ), Feteti (33.197 locuitori ) i Urziceni (17.089 locuitori), oraul ndrei (12.515 locuitori ), iar restul locuiesc n mediul rural (181.008 locuitori ). Structura populaiei pe grupe de vrste la ultimul recensmnt arat c 22,27% au ntre 0-14 ani, 23,1% au ntre 15-29 ani, 37,2% au ntre 30-59 ani, 17,3% au peste 60 de ani.

Economia Economia judeului Ialomia reflect caracteristica resurselor de care dispune, pe suportul produciei agricole dezvoltndu-se, n special, industria alimentar.

Mediul de afaceri este reprezentat la 1 iunie 2005 de un numr de aproape 9976 ageni economici nmatriculai, din care cei mai muli sunt constituii n societi comerciale cu rspundere limitat (5505), asociaii familiale (1885) i activiti cu caracter independent

8


(1851). Repartiia teritorial a agenilor economici este: 32% n Slobozia, 14% la Feteti, 11% la Urziceni, 4% la ndrei, 2% la Amara, 1,5% la Czneti, 1,2% la Fierbini i 34,3% n mediul rural. Dup domeniul principal de activitate 9,0% ageni economici desfoar activiti n industrie, 8,8% n agricultur, 3,6% n construcii, 67,7% n comer, 18,9% n servicii. n jude sunt nmatriculate 185 de societi comerciale cu participare strin la capitalul social.

1.3 Tipuri de biomas i cantitile disponibile

Agricultura n judeul Ialomia este reprezentat de un sector preponderent privat care deine, ca urmare a aplicrii legilor fondului funciar, peste 331.000 ha, adic 95% din suprafaa agricol a judeului. Judeul Ialomia produce anual, n medie, aproape 900.000 tone cereale, 140.000 de tone plante tehnice, 90.000 de tone legume, etc. Dispunnd de o larg baz cerealier i furajer judeul Ialomia are condiii i pentru creterea animalelor, efectivele nsumnd aproximativ 46 mii capete bovine, 140 mii capete porcine, 125 mii capete ovine i caprine, 20 mii capete cabaline, 2,4 milioane psri i altele. Structura agrar Suprafaa agricola a judeului Ialomia la sfritul anului 2008 era de 374.614 ha, in cretere cu 837 ha fata de anul 2003. Comparatia anilor 2003-2008 scoate in relief anumite modificari: cresterea efectivelor de bovine in anul 2008 cu 3.554 capete fata de anul 2003, la ovine cu 45.056 capete in anul 2008 fata de anul 2003, la caprine cu 13.840 capete in anul 2008 fata de anul 2003, la pasari cu 356.130 capete in anul 2008 fata de anul 2003 si micsorarea efectivelor de porcine cu 3.835 in anul 2008 fata de anul 2003. Productia totala animala a avut o crestere in perioada 2002-2007 la: carnea de bovine - 831 mii tone si oua - 27 mil. buc. si o scadere la: carnea de ovine si caprine - 956 mii tone, carnea de porcine - 2.150 mii tone si pasare - 1.283 mii tone. Productiile totale in perioada 2003 - 2008 la cereale au inregistrat cresteri cu 390.965 mii tone in anul 2008 fata de anul 2003; la porumb a fost in scadere cu 89.846 mii tone in anul 2008 fata de anul 2003; la floarea soarelui a fost in scadere cu 17.270 mii tone in anul 2008 fata de anul 2003; la cartof a scazut cu 4.262 mii tone in anul 2008 fata de anul 2003.

9


1.4 Metodologia de lucru Disponibilitatea i evaluarea resurselor naturale, regenerabile i neregenerabile, constituie probleme complexe, dintre acestea nefcnd excepie evaluarea biomasei pentru producia de energie. Rezultatele numeroaselor studii fcute n acest domeniu sunt strict dependente de obiectivele urmrite de respectivele studii, precum i de diferite presupuneri. Nici acest studiu nu face excepie i el avnd o serie de presupuneri i o serie de limite. Pentru evaluarea disponibilitii resurselor pentru producia biogazului este n primul rnd necesar estimarea cantitativ a materiei (biomasei) rezultate din practicile agricole. Trebuie sa mentionam ca nu am luat in calcul resursele reprezentate de deeurile urbane, spatiul in care urmeaza sa fie implementat proiectul fiind reprezentat de mediul rural. Ca atare au fost estimate/evaluate cantitatile de materie ce pot fi recuperate din aceste deeuri, avnd n vedere o serie de constrngeri tehnologice i de mediu asociate cu ali factori locali. Datele utilizate pentru aceasta evaluare de potential de producere biogaz sunt cele de management al terenului furnizate de beneficiar cat i din informaiile raportate la instituiile de statistic naionale i europene. Pe baza acestora au fost calculate: produciile agricole i cele de reziduuri agricole asociate recoltelor medii anuale per hectar i au fost estimai coeficienii de generare a reziduurilor. Pentru zootehnie estimarea lor s-a realizat pe baza cantitii rezultate pe cap de animal. n ceea ce privete culturile energetice, parametrii necesari (productii de biomasa obtinute la hectar, productia de biogaz pe tona de biomasa si pe tip de cultura, etc) au fost definiti in diferite proiecte europene (cum ar fi BiG>East). Ipoteza de baz a acestui studiu este c potenialul de biogaz este proporional cu potenialul total de biomas al zonei int. Din potenialul total (vzut ca biomasa total) anumite categorii de biomas sunt mai potrivite pentru producia de biogaz dect altele i de asemenea diferite categorii de biomas au disponibilitate diferit (n termeni cantitativi) i disponibilitate tehnologic diferit (n termenii accesului real la aceast biomas ca materie prim pentru biogaz). Pentru a nu se genera confuzii: n acest studiu referirile la culturile energetice trebuie vzute ca biomas total produs de terenul agricol i nu n sens strict cultur pentru producia de energie. De fapt, toat biomasa produs de zonele agricole are n fond valoare energetic, nsemnnd c poate reprezenta teoretic materie prim pentru producia de biogaz (sau alt energie produs prin procesarea biomasei). Asta nu nseamn c va fi realmente folosit ca materie prim pentru producia de biogaz. Primul pas n dezvoltarea ideii proiectului unei fabrici de biogaz este acela al realizrii unui inventar critic al surselor, tipurilor i cantitilor de materii prime organice disponibile n regiunea Ialomitei.

Exist dou categorii principale de resurse de biomas care pot fi utilizate drept materii

10


prime n fabrica de biogaz. Prima categorie include materialul organic produs n ferme, care cuprinde gunoiul de grajd, culturile energetice (spre exemplu, porumbul, fnul nsilozat), reziduurile vegetale, produii secundari rezultai din activitile agricole i deeurile fermelor. Cea de-a doua categorie const dintr-o serie larg de reziduuri organice adecvate procesrii n fabricile de biogaz, precum reziduurile provenite din activitile de catering, deeurile solide menajere, dar i cele rezultate din industria alimentar i cea farmaceutic. Conformitatea tuturor tipurilor de materii prime cu scopul propus trebuie analizat n funcie de potenialul lor metanogen, digestibilitate, contaminarea posibil cu diverse substane chimice sau contaminani de natur biologic sau fizic, precum i din punct de vedere economic (taxe de poart, costuri de colectare i de transport, costuri cauzate de activitatea de tip sezonier etc.).

Dimensiunile viitoarei fabrici de biogaz se afl n strns legtur cu cantitatea disponibil, n mod constant, de materie prim, lucru de care se ine seam n elaborarea planului acesteia. Costurile de aprovizionare cu un anumit tip de materie prim trebuie ntotdeauna luate n considerare n analizele privitoare la conformitatea acesteia pentru utilizare n procesul de digestie anaeroba.

11


1.5. Evaluarea potenialului de biomas n Romnia Potenialul pentru culturi energetice Potentialul judetului Ialomita este unul considerabil pentru producia primar (inclusiv cea de culturi energetice) figura 2.

Figura 2. Producia de culturi energetice n Romnia. Se observa capacitatea mare a Judetului Ialomita de productie culturi energetice. Se observ cteva zone potrivite pentru producie mare a culturilor energetice, n special n prile de sud i sud-est ale rii, cu o producie medie (pentru ntreaga suprafa a unitii) de peste 17 mil tone. Cmpiile din zonele de est, inclusiv judetul Ialomita sunt pretabile culturii porumbului i prin urmare pentru producia de biogaz pe baz de culturi energetice. Deeuri agricole

12


Figura 3. Deeuri agricole din producia primar n Romnia Se observ c aceleai zone cu producie primar energetic ridicat prezint i o producie ridicat de deeuri agricole. n ultimii ani capacitatea maxim de deeuri agricole a fost n jur de 6 milioane tone pe an.

13


Figura 4. Deeuri agricole din producia secundar n Romnia. Judetul Ialomita este un judet cu potential mic spre mediu din acest punct de vedere. Deeuri din industria alimentar n ceea ce privete deeurile alimentare, sunt importante dou regiuni, cu producie n jur de 150000 tone pe an.

14


1.6 Dimensionarea fabricilor de biogaz care utilizeaz materii prime provenite din fermele de cretere a animalelor Gunoiul animal i culturile energetice sunt printre cele mai comune tipuri de materii prime provenite din activitatea fermier utilizate pentru aprovizionarea fabricilor agricole de biogaz. n scopul determinrii dimensiunilor potrivite ale fabricii de biogaz, de exemplu, n ceea ce privete producia de energie electric, trebuie luat n calcul tipul materiei prime avute la dispoziie.

Mai mult decat atat pentru ca zona Judetului Ialomita este o zona cu un sector zootehnic dezvoltat (46 mii capete bovine, 140 mii capete porcine, 125 mii capete ovine i caprine, 20 mii capete cabaline, 2,4 milioane psri i altele) consideram ca in principiu prima preocupare pentru producerea de biogaz ar trebui canalizata catre valorificarea deseurilor rezultate din zootehnie pe de o parte si pe utilizarea combinata reziduri vegetale/culturi energetice acolo unde nu exista capacitatea de a promova instalatii de productie biogaz numai utilizand ca materie prima reziduurile animaliere. In functie de locatie si de distantele pana la alte ferme din apropiere, se poate propune dezvoltarea unui cluster de instalatii producatoare de biogaz in zona de interes. Una din ideile de baza, in cazul in care sunt mai multi fermieri interesati de acest sistem este sa se dezvolte intr-o locatie centrala o facilitate producatoare de biogaz iar ceilalti furnizori de materie prima si /sau utiliatori ai energiei termice sa se conecteze la acest sistem. Dezvoltarea unui astfel de cluster care sa integreze ferme agricole (producatoare de materii prime) instalatia producatoare de biogaz si instalatile care sa utilizeze caldura generata va fi mult mai eficienta.

Fabricile agricole de biogaz pot beneficia de pe urma dimensiunilor mari. Experiena german actual demonstreaz faptul c, n cazul utilizrii biomasei provenit din culturi energetice drept materie prim, fabricile de biogaz cu o putere electric instalat mai mic de 250 kWel necesit eforturi speciale pentru a putea fi meninute n stare viabil din punct de vedere economic. Dac, dup o prim evaluare, se constat c dimensiunile fabricii de biogaz sunt prea mici, ar trebui luat n calcul cooperarea cu ali parteneri, pentru atingerea dimensiunilor necesare profitabilitii economice. Aceasta reprezint o practic obinuit n Germania, unde exist fabrici de biogaz cu mai mult de 15 fermieri asociai, care lucreaz n cooperare.

Ca exemple au fost realizate estimari pentru mai multe scenarii de utilizare potentiala a materiilor prime vegetale si respectiv a deseurilor animaliere. Utilizarea caldurii generate prin arderea biogazului rezultat constituie in fapt cheia utilizarii eficiente a unor potentiale instalatii de producere a biogazului. Utilizarea eficienta a caldurii se rezuma si la dezvoltarea unor industrii/activitati adiacente cum ar fi procesarea si stocarea produselor agricole, realizarea de sere, sau utilizarea caldurii generate pentru incalzirea locuintelor (cu costurile aferente pentru dezvoltarea infrastructurii necesare transportului la locuinte).

15


Pentru zona Judetului Ialomita consideram ca sunt posibile 2 scenarii de baza:

a) fabrici de biogaz dezvoltate de fermierii care au ferme suficient de mari (peste 1500 capete bovine ce echivaleaza cu productia a 0,5Mwhel si 0,3 MWh cal), si

b) gruparea mai multor fermieri care au capacitati medii de productie 100- 1000 bovine dar si teren pentru suplimentarea cu materie vegetala astfel incat sa se obtina cantitati mai mari de energie electrica si de caldura. Un astfel de sistem denumit fabrica de co-digestie centralizata are numeroase avantaje in valorificarea energetica, in special datorita utilizarii eficiente a caldurii generate. Desigur decizia privind alegerea uneia sau alteia dintre solutiile prezentate aici este in mainile investitorilor care pot decide functie de resursele disponibile si de indicatorii investitiilor care din variante este cea mai profitabila. 1.7 Fabrici de biogaz de nivel fermier n prezent, interesul fermierilor pentru tehnologia AD este din ce n ce mai crescut. Producia de biogaz creeaz noi oportuniti n afaceri, reduce cantitatea deeurilor i produce un ngrmnt de nalt calitate. La nivel mondial, exist numeroase tipuri de fabrici pentru biogaz de nivel fermier. n Europa, ri precum Germania, Austria i Danemarca sunt printre pionierii produciei de biogaz la scar de ferm. O fabric de biogaz de nivel fermier deservete o singur ferm, digernd materia prim rezultat n cursul activitii proprii. Multe fabrici de biogaz folosesc i co-digestia unor cantiti mici de substraturi bogate n metan (de exemplu, deeuri uleioase din industria de prelucrare a petelui, reziduuri de uleiuri vegetale etc.), cu scopul creterii productivitii n metan. De asemenea, este posibil i alimentarea cu gunoi animal provenit de la una sau dou ferme vecine (de exemplu, prin transport auto). Fabricile pentru biogaz de nivel fermier prezint dimensiuni variate, diverse tipologii constructive, precum i o serie ntreag de tehnologii de procesare. Unele dintre aceste fabrici sunt de dimensiuni foarte mici i utilizeaz tehnologii simple, n timp ce altele sunt foarte mari i complexe, asemntoare fabricilor centralizate de co-digestie. Totui, toate funcioneaz dup acelai plan constructiv general: gunoiul este colectat ntr-un bazin de pre-stocare, situat n apropierea digestorului, care este alimentat prin pomparea materiei prime pre-stocate. Digestorul este construit sub forma unui rezervor etan, realizat din oel sau beton armat i izolat termic, pentru meninerea constant a temperaturii procesului (mezofil, la aproximativ 350C, sau termofil, la aproximativ 550C). Digestoarele pot fi de tip orizontal sau vertical, de obicei prevzute cu sisteme de amestecare, n vederea omogenizrii substratului i minimizrii riscului de formare a straturilor de flotaie i sedimentelor. Amestecarea asigur, de asemenea, i aprovizionarea microorganismelor cu toi nutrienii necesari. HRT mediu este, de obicei, de 20-40 zile, n funcie de tipul de substrat i de temperatura de digestie. Digestatul este utilizat ca ngrmnt pe terenurile agricole ale fermei, iar surplusul este comercializat ctre fermele care posed culturi vegetale din vecintate. Biogazul produs

16


este folosit drept combustibil ntr-un motor cu gaz, n scopul producerii energiei electrice i a cldurii. O cantitate de aproximativ 10-30% din cldura i energia electric produs n acest mod este folosit pentru necesitile proprii ale fabricii de biogaz i pentru consumul menajer al fermei, n timp ce surplusul este vndut companiilor energetice, respectiv consumatorilor de energie termic din zonele nvecinate. Schema de baz a unei fabrici tipice de biogaz de nivel fermier, dotat cu un digestor orizontal, din oel inoxidabil, este prezentat n Figurile 4.2. i 4.3..

Figura 5 Reprezentare schematic a unei fabrici de biogaz de nivel fermier, dotat cu un digestor orizontal din oel (HJORT-GREGERSEN, 1998). n afara digestorului, avnd un volum de 100-200 m3 i echipat cu un sistem de amestecare lent, fabrica mai cuprinde i un tanc de pre-stocare a gunoiului, un tanc de stocare a biomasei digestate, un spaiu de depozitare a biogazului i o unitate de co-generare a energiei electrice i termice (CHP). Temperatura procesului AD poate varia, din domeniul mezofil pn la cel semi-termofil (35-480C), iar timpul de retenie hidraulic, n intervalul de 15-25 zile. Producia de biogaz se situeaz ntre 40-50 m3 de biogaz per m3 de biomas digerat.

Figura 6 Digestor orizontal, construit n Danemarca (Nordisk Folkecenter, 2001)

17


Digestorul poate fi construit i sub forma unui cilindru vertical, cu baza conic constnd dintr-un tanc aa-numit dou ntr-unul, folosit att pentru stocarea materiei prime, ct i pentru digestie. Digestorul este construit n interiorul tancului de stocare a digestatului, tangenial la peretele acestuia, i este acoperit cu ajutorul unei membrane impermeabile pentru gaz, care va fi meninut n stare tensionat sub influena biogazului produs. Tancul este prevzut i cu un mixer electric cu elice. De asemenea, fabrica deine i un tanc de pre-stocare a co-substratului, precum i o unitate CHP. Temperatura de procesare este de 22-250C, iar timpul de retenie hidraulic de peste 50 de zile.

Figura 7. Reprezentare schematic a unei fabrici de nivel fermier, dotat cu un digestor de tip dou ntr-unul, acoperit cu o membran uoar (folie) (HJORT-GREGERSEN, 1998)

Figura 8. Imagine a unei fabrici de biogaz de nivel fermier din Danemarca, de co-digestie a gunoiului animal i a materialului provenit din culturi energetice (GROENGAS A/S)

Figura 9. Digestor vertical din Germania, pentru procesarea dejeciilor provenite din fermele de porci i psri i a biomasei vegetale nsilozate (KRIEG AND FISHER, 2008) O evoluie recent n domeniul fabricilor de biogaz de nivel fermier este aceea a utilizrii biomasei rezultate din culturi energetice dedicate. Avantajul const n coninutul

18


energetic al acestui tip de biomas, cu mult mai ridicat dect n cazul celor mai multe deeuri organice. Totui, apar unele limitri i probleme referitoare la costurile de operare, la modul de utilizare i la disponibilitatea terenului pentru acest tip de culturi.

Figura 10. Digestor vertical din Germania, construit n 2005 pentru digestia biomasei provenite din culturi energetice (KRIEG &FISHER, 2008) Pentru zona Ialomitei au fost analizate o serie de cazuri atat pentru productia in ferme de dimensiuni mici (d.p.d.v. al productiei potentiale de biogaz) astfel a fost analizata productia de biogaz ce provine din ferme de vaci cu un numar de capete de la 500 la 829, 1000, 1500, 2000 capete.

Tip ferma

nr. Capete dejectii/zi KWhcal KWhel total

Suprafata ocupata (ha)

Cost estimat total (mii

euro) bovine 500 34 87 173 260 0.4 1276

829 56.37 162 330 492 0.4 1328 1000 68 202 346 548 0.8 1883 1500 102 318 518 836 0.8 1953 2000 136 434 691 1125 1.8 2480

Anexa 1 cuprinde analiza fermelor de bovine din punctul de vedere al productiei de biogaz. Astfel se poate observa ca la aproximativ 1500 capete de bovine productia de energie electrica ajunge la 0,5 MWh iar cea de energie termica la 0,3 MWh. Costurile estimate pentru o astfel de investitie se cifreaza la aproximativ 1,953,000 euro. La costuri similare (aprox. 2 mil euro) se ajunge si daca se utilizeaza biogazul produs intr-o instalatie care utilizeaza un amestec de siloz de porumb (de pe o suprafata de 200 hectare) si dejectiile animale de la o ferma de 500 capete bovine. Un caz concret in acest analiza il reprezinta posibilitatea ca spre exemplu o astfel de unitate de producere de curent electric si caldura utilizand biogazul sa fie amplasata in Judetul Ialomita in localitatea Condeesti (unde exista o ferma de 648 capete bovine). In analiza a fost utilizat un numar de 500 capete de bovine si o suprafata de 200 hectare.

19


Ca urmare cu o investitie de aproximativ 2 mil euro se poate realiza o productie de 0.5 MWhel. 1.8 Fabrici de co-digestie centralizate Co-digestia centralizat reprezint un concept bazat pe digestia gunoiului animal, colectat din mai multe ferme, ntr-o fabric de biogaz amplasat central fa de acestea. Localizarea central a fabricii de biogaz este fcut cu scopul reducerii costurilor, a timpului i a necesarului de for de munc pentru transportul gunoiului i a digestatului ntre ferm i fabrica de biogaz. Gunoiul animal este supus co-digestiei, mpreun cu o varietate de tipuri de materii prime (de exemplu, reziduuri agricole digerabile, reziduuri din industriile alimentar, piscicol si agro-industrii, deeuri organice sortate sau nmol de canalizare). Fabricile de co-digestie centralizate (de asemenea, denumite i fabrici de co-digestie comune) sunt folosite la scar mare n Danemarca (figura 11) dar i n alte regiuni ale lumii cu un sector zootehnic dezvoltat.

Figura 11 Imagine a unei fabrici de co-digestie centralizat din Danemarca (LEMVIG BIOGAS) Gunoiul animal (gunoiul de grajd bovin, cel porcin, precum i dejeciile provenite de la nurci i psri) este depozitat n tancurile de pre-stocare ale fermei i n canalele pentru colectarea nmolurilor. De la facilitile de pre-stocare, gunoiul este transportat, conform unei scheme stabilite, pn la fabrica de biogaz, n containere tubulare speciale, vidate. La destinaie, acestea sunt amestecate cu alte co-substraturi, omogenizate i pompate n tancul de digestie. Fabrica de biogaz este responsabil pentru colectarea i transportul gunoiului proaspt de la ferme ctre fabric i a digestatului n sens invers. Digestatul este transportat direct la suprafeele de teren pe care trebuie aplicat ca ngrmnt, unde fermierii i-au stabilit, deja, un numr de faciliti de post-stocare a acestuia. Procesul de digestie are loc att la temperaturi mezofile, ct i la temperaturi termofile, iar HRT este de 12-25 zile. Dup digestie, are loc un proces controlat de igienizare a substratului, n scopul realizrii unei reduceri eficiente a populaiilor de ageni patogeni i a capacitii germinative a seminelor buruienilor, asigurndu-se, n acest mod, o reciclare sigur a digestatului, ca ngrmnt.

20


Alimentarea digestorului se face n flux continuu, amestecul de biomas fiind pompat n digestor i evacuat din acesta n cantiti egale, ntr-o secven de pompare strict. Digestatul evacuat este transportat prin conducte pn la tancurile de stocare. n multe

cazuri, aceste tancuri sunt acoperite cu ajutorul unor membrane impermeabile, n scopul captrii biogazului produs n faza de post-digestie (pn la 15% din total), la temperaturi mai sczute. Biogazul rezultat este colectat mpreun cu cel produs n interiorul digestorului. Digestatul este supus analizelor i se realizeaz caracterizarea acestuia din Figura 12 Reprezentare schematic a circuitului nchis al unei fabrici de biogaz centralizate (AL SEADI, 2003)

punct de vedere al coninutului n nutrieni (DM, VS, N, P, K, pH), dup care este transportat ctre ferme (furnizorilor de materie prim) i depozitat n tancurile de post-stocare de pe teren. Fermierii primesc numai cantitatea de digestat permis prin lege a fi dispersat pe terenul agricol, excesul fiind comercializat ctre fermele nvecinate. n toate cazurile, digestatul este inclus n planurile pentru fertilizare ale fiecrei ferme, acesta nlocuind ngrmintele minerale. Astfel, producia de biogaz reprezint o etap n circuitul de reciclare a nutrienilor din gunoiul animal i deeurile organice (Figura 4.9.). Multe fabrici centralizate sunt echipate, de asemenea, i cu instalaii pentru separarea fraciilor lichid i solid din digestat.

21


Figura 13 Principalele fluxuri ale conceptului integrat al unei fabrici de co-digestie centralizate (TAFDRUP, 1994 and AL SEADI, 2003)

22


Co-digestia centralizat reprezint un sistem integrat de producie a energiei regenerabile, de tratament al deeurilor organice i de reciclare a nutrienilor. Aceasta genereaz beneficii la nivel agricol, de mediu i economic pentru fermieri, pentru personalul operator al fabricii de biogaz i pentru societate n ansamblu, asigurnd: Reciclarea ieftin i fr riscuri de mediu a gunoiului animal i a deeurilor organice. Producerea energiei regenerabile. Reducerea emisiilor de gaze cu efect de ser. O securitate veterinar mbuntit, prin sterilizarea digestatului. O eficien a fertilizrii mbuntit. Mai puine inconveniente cauzate de mirosuri neplcute i insecte. Beneficii economice pentru fermieri. Cele mai multe fabrici de co-digestie centralizate sunt organizate sub forma companiilor cooperatiste, fermierii care le aprovizioneaz cu materii prime fiind, n acelai timp, acionari i proprietari. De obicei, aceste companii posed un comitet de directori, responsabil cu managementul fabricii, cu angajarea personalului necesar, precum i cu ncheierea tuturor acordurilor economice i legale de cooperare cu privire la construcia fabricii, aprovizionarea acesteia cu materie prim, distribuirea/redistribuirea ngrmntului rezultat, comercializarea energiei i finanare. n Danemarca, companiile cooperatiste s-au dovedit a fi structuri organizaionale fezabile din punct de vedere economic i funcional. 2. Evaluare costuri ale materiei prime Pentru evaluarea costurilor materiei prime au fost utilizate valorile de pe site-ul Ministerului Agriculturii care sunt valori medii inregistrate in cursul anului 2010. Astfel pentru siloz de porumb a fost utilizata valoarea de 0,12 RON pe kg (28 ,3 euro/tona). Productia la porumb siloz a fost estimata ca fiind cuprinsa intre 25 si 40 tone/ha la terenul neirigat si de 60-80 tone/hectar la porumbul irigat. Valoarea utilizata de noi a fost de 40 tone/ha. Evaluarile realizate in cadrul acestui studiu se bazeaza pe participarea activa fermierilor astfel incat nu au fost luat in calcul nici un pret al dejectiilor animaliere. Singurul pret inclus in calcul este cel legat de trasnportul acestora catre instalatiile de biogaz. Pentru calcule am utilizat o distanta medie de aproximativ 25 km intre diferitele facilitati cu un cost mediu de 1.5 RON/Km, rezultand un cost mediu de 75 RON pe trasnportul de 50 tone. Costul pe tona al materiei prime (gunoi de grajd) este estimat in acest caz la 1,5 RON pe tona.

23


2.1 Considerente generale privind asigurarea cu materii prime pe termen lung Planificarea cu succes a unui proiect pentru biogaz implic elaborarea unor scheme de aprovizionare cu materii prime. Exist dou tipuri de scheme de aprovizionare: pentru cazul existenei unui singur furnizor i pentru acela al existenei mai multor furnizori. 1. Un singur furnizor (spre exemplu, ferm, productor de deeuri organice) posed suficient

gunoi animal, deeuri organice, teren agricol sau toate cele menionate aici, pentru a putea furniza ntreaga cantitate de materie prim necesar funcionrii fabricii de biogaz.

2. Mai muli furnizori (de exemplu, ferme mai mici, productori de deeuri organice) care lucreaz mpreun ntr-un consoriu (de exemplu, ntr-o cooperativ, societate civic) pentru a construi, opera i livra materie prim ctre o fabric de biogaz.

n ambele cazuri este important asigurarea unei aprovizionri constante i pe termen lung cu cantitatea necesar de materie prim pentru procesul AD. Acest lucru este destul de simplu de realizat, n cazul n care furnizorul este reprezentat de o singur ferm, cu terenul propriu aferent pentru cultivare. n cazul consoriului de proprietari i furnizori de materie prim, fiecare furnizor trebuie s semneze un contract pe termen lung, coninnd, cel puin, urmtoarele precizri i prevederi: Durata contractului. Garantarea cantitii de materie prim sau a suprafeei cultivate. Garantarea calitii biomasei livrate. Plile condiionate de cantitatea i calitatea materiei prime livrate. n situaia n care furnizorii de materie prim sunt, de asemenea, i investitori sau coproprietari ai fabricii de biogaz, trebuie negociat un contract separat cu fiecare dintre acetia, n care sunt stipulate ndatoririle i obligaiile lor.

24


Figura 14 Localizarea fermelor care insumeaza potenialul necesar de biomasa pentru biogas.

Loc. Tip Ferma Nume proprietar Societate comerciala

numar capete

Productie MW

ferme care ar putea produce biogaz

Amara Bovine Amara Manea Toni 829 4.7 2.4

Balaciu Bovine BALACIU List Ronen S.C. GHENIA FARM S.R.L. 880 5.0 2.5

Cazanesti Porcine CAZANESTI Matei Nistor

S. C. AGRISOL INT. RO. SRL 44377 24.0 12.0

Cazanesti Porcine CAZANESTI Balaban Adrian

S. C. FERMEPLUS S.R.L. 22467 12.1 6.1

Slobozia Pasari Slobozia Stanoiu Dumitru S. C. AVICOLA SA 498500 8.7 4.3

Total 54.5 27.3 2.2. Fluxurile de alimentare (ritmicitate, mrimea depozitului tampon) Furnizarea i transportul materiei prime joac un rol important n cadrul operrii unei fabrici de biogaz. Este important asigurarea unei alimentri stabile i continue cu materie prim, ntr-o cantitate i de o calitate corespunztoare. n cazul n care operatorul fabricii de biogaz este, n acelai timp, i productorul materiei prime, calitatea superioar a acesteia poate fi garantat cu uurin. n numeroase situaii, fabricile de biogaz folosesc materii prime suplimentare, provenite de la fermele din vecintate, din industrie sau din gospodrii. n aceste cazuri, managementul calitii materiilor prime este, n mod inevitabil, necesar, n scopul verificrii i analizrii atente a

25


materialului furnizat. ntr-o prim etap, este absolut necesar un control vizual al fiecrui lot de materie prim. Apoi, trebuie nregistrat masa de material, precum i toate celelalte date privitoare la acesta (furnizorul, data, cantitatea, tipul materiei prime, procesul de obinere i calitatea sa). O atenie sporit trebuie acordat n cazul materiilor prime clasificate drept reziduuri, cnd poate fi necesar ndeplinirea unor cerine obligatorii (n funcie de categoria n care acestea se ncadreaz), precum i a unor condiii de ordin legal i administrativ. 2.3. Modalitati de depozitare

Silozuri de tip buncr pentru materii prime energetice Silozurile de tip buncr au fost proiectate iniial pentru depozitarea nutreurilor, astfel nct s fie compensat variaia sezonier a acestora. n prezent, acest mod de depozitare este folosit din ce n ce mai mult n cazul materiilor prime utilizate pentru producerea biogazului, adic a materiilor prime energetice. Materiile depozitate trebuie s fie de provenien vegetal, cu un coninut adecvat de umiditate (55-70%, n funcie de modul de depozitare, de gradul de compresie i de coninutul de ap ce va fi pierdut n cursul depozitrii). Materia prim stocat sufer un proces de fermentaie, iar bacteriile fermentative utilizeaz energie pentru a produce acizi grai volatili (VFA), precum: acetat, propionat, lactat i butirat, care ajut la conservarea materialului depozitat. Rezultatul acestor procese este scderea coninutului energetic fa de materia vegetal original, de vreme ce bacteriile fermentative folosesc o parte din cantitatea de carbohidrai pentru a produce VFA. n ri precum Germania, materiile prime sunt depozitate n silozuri de tip buncr, construite din beton armat (figura 15) sau n grmezi mari, pe sol (Figura 16) Materialul este compactat cu ajutorul buldozerelor, pentru a fi obinut un volum minim de depozitare, n acest mod fiind eliminat i aerul coninut. Minimizarea coninutului de oxigen este necesar, cu scopul evitrii proceselor aerobe. n acest sens, se procedeaz i la acoperirea materialului cu folii din material plastic, fixate n loc cu ajutorul anvelopelor de main sau al sacilor cu nisip. Ca o alternativ, se poate folosi i acoperirea natural, de exemplu, prin aplicarea unui strat nierbat, care ajut i la compactarea silozului. Pe unele silozuri se cultiv chiar i gru, n timp ce altele sunt lsate complet descoperite, lucru care conduce la scderea costurilor pentru acoperire, ns mrete pierderile de energie ale silozului. n cazul silozurilor de tip buncr, trebuie ntotdeauna luat n considerare faptul c, n urma procesului de fermentaie a materiei depozitate, sunt eliberate lichide ce pot contamina cursurile de ap, dac nu sunt luate msuri de precauie. Coninutul ridicat de nutrieni poate duce la eutrofizare (dezvoltarea algelor, adic nflorirea apelor). De asemenea, efluentul conine acid azotic, cu efect coroziv.

26


Figura 15 Siloz de tip buncr (WIKIPEDIA, 2008)

Figura 16. Porumb depozitat pe sol, n grmezi mari, acoperite cu un strat nierbat (RUTZ, 2007)

Tancuri pentru stocarea materiilor prime fluide Materiile prime fluide sunt, n general, depozitate n tancuri subterane din beton armat, ermetizate mpotriva scurgerilor. Aceste tancuri, similare celor utilizate n agricultur pentru stocarea gunoiului de grajd fluid, au o capacitate suficient pentru depozitarea pe o perioad de 1-2 zile. n scopul prevenirii emisiilor, toate tancurile de stocare trebuie acoperite. Soluia aleas pentru acoperire trebuie s asigure o descoperire uoar i posibilitatea ndeprtrii sedimentelor formate. Atunci cnd tancurile de stocare sunt plasate la un nivel mai ridicat comparativ cu digestorul (topografie n pant), fora hidraulic determinat de nclinaie elimin necesitatea echipamentelor de transport (pompelor), n acest fel economisindu-se energie. Co-substraturile (fie lichide, fie solide) pot fi amestecate, n tancul de stocare, cu substratul principal, zdrobite, omogenizate i transformate ntr-o mixtur fluid. n acest amestec trebuie evitat formarea cocoloaelor, sedimentarea, apariia straturilor de flotaie i separrile fazelor. Din acest motiv, tancurile de stocare sunt dotate cu mixere, combinate adeseori cu instrumente de tiere i zdrobire pentru omogenizarea substraturilor. n cazul tancurilor de stocare, amestecarea se efectueaz cu aceleai tehnici folosite i n cazul digestoarelor.

27


Tancurile de stocare necesit operaii simple de ntreinere, acestea incluznd ndeprtarea straturilor de sedimente, precum i nisipul i pietriul, care altfel ar reduce capacitatea de depozitare a tancului. Sedimentele sunt ndeprtate folosindu-se platforme de rzuire, dispozitive cu melc rotativ, pompe de vidanjare, tancuri de colectare sau agregate montate n podea. Materiile prime de provenien industrial pot necesita msuri de sanitaie i, din acest motiv, trebuie ntotdeauna manevrate i depozitate strict separat de locul de recepie al materiilor prime provenite din agricultur, n scopul prevenirii amestecrii acestora, nainte de procesarea cu ajutorul echipamentului de sanitaie. n scopul minimizrii mirosurilor neplcute emanate de fabrica de biogaz, ca i din motive practice, livrarea, stocarea i prepararea materiilor prime trebuie s fie executate n ncperi echipate cu sisteme de ventilaie dotate cu biofiltre. Astfel, echipamentul este protejat, i att operarea, ct i activitile de monitorizare pot fi conduse indiferent de condiiile meteo. 2.4 Asigurarea sigurantei, conditiilor de mediu si calitatii materiei prime la depozitare Condiionarea materiilor prime influeneaz eficiena i fluxul procesului AD. Scopul condiionrii l constituie, pe de o parte, ndeplinirea cerinelor de sanitaie, iar pe de alta, creterea digestibilitii materiei prime. Condiionarea materiei prime confer un potenial important pentru optimizarea procesului AD i conduce la creterea ratei digestiei i a produciei de biogaz. Exist cteva posibiliti de condiionare i optimizare a materiilor organice folosite n fabrica de biogaz, cum ar fi zdrobirea mecanic, procese de dezintegrare (deja utilizate pentru tratarea reziduurilor menajere) i etapa de hidroliz n contra-curent.

Sortarea i separarea Necesitatea sortrii i separrii impuritilor i a materialelor nedorite coninute n substraturile materiilor prime depinde de originea i de compoziia acestora. Materialele de siloz sunt printre cele mai curate materii prime, n timp ce, spre exemplu, gunoiul de grajd i cel menajer pot conine pietre i alte impuriti mecanice. Acestea sunt ndeprtate, n general, prin sedimentare, n tancurile de stocare (iar, n cazul nisipului, chiar n interiorul digestoarelor), fiind necesar, apoi, ndeprtarea periodic a acestora de pe fundul recipienilor respectivi. n multe cazuri este utilizat i un pre-tanc, dotat cu grtare speciale pentru reinerea pietrelor i a celorlalte corpuri strine, naintea pomprii materiei prime n tancul principal de stocare. Gunoiul menajer i resturile alimentare provenite din activitatea de catering pot conine diferite impuriti (reziduuri din ambalajele din material plastic, metale, lemn, sticl i alte materiale non-digestibile), care pot s deterioreze pompele i s blocheze conductele i digestoarele (Figura 17). Aceste impuriti pot fi ndeprtate cu ajutorul unui sistem separat de colectare a resturilor menajere, spre exemplu, sau pot fi ndeprtate manual sau prin metode mecanice sau magnetice.

28


Figura 17. Sistem de alimentare pentru curarea resturilor menajere solide (stnga) i materialele nedorite separate din resturile alimentare provenite din activitatea de catering (dreapta) (RUTZ, 2007)

Sanitaia Manipularea, tratarea i reciclarea resturilor organice trebuie fcut fr vtmarea oamenilor, vieuitoarelor i a mediului nconjurtor. Legislaia european i cea naional reglementeaz practicile de tratare a deeurilor, pentru prevenirea riscurilor epidemice i de igien, stabilind tratamentul termic potrivit n cazul materialelor de risc. n toate cazurile, sanitaia materiilor prime trebuie efectuat nainte de pomparea acestora n digestor. Motivul l constituie evitarea contaminrii ntregii cantiti de material i pstrarea la nivel sczut a costurilor de sanitaie. Sanitaia este condus, de obicei, n tancuri separate, din oel inoxidabil, nclzite i conectate la sistemul de alimentare al digestorului. Parametrii tipici pentru sanitaie sunt: temperatura, presiunea, timpul minim garantat de retenie (MGRT) i volumul. Temperatura materialului, ulterior procesului de sanitaie, este mai ridicat dect temperatura din timpul procesului AD. Din acest motiv, nainte de a alimenta digestorul, materialul sanitizat este trecut printr-un schimbtor de cldur, unde are loc transferul unei pri din cldur ctre biomasa cu temperatur mai sczut, care este pompat n digestor.

Zdrobirea Zdrobirea materiilor prime pregtete suprafeele particulelor pentru procesul de descompunere biologic, deci pentru producerea subsecvent de metan. Procesul de descompunere decurge mai rapid atunci cnd mrimea particulelor este mai redus. Cu toate acestea, mrimea particulelor influeneaz doar timpul de digestie, ns nu determin, n mod necesar, i creterea cantitii de metan produse. Zdrobirea materiei prime se afl n conexiune direct cu sistemul de alimentare. Ambele operaii pot fi conduse prin intermediul unui motor electric sau cu ajutorul arborelui de transmisie al unui tractor.

nmuierea i omogenizarea nmuierea materiei prime este necesar n scopul obinerii unui coninut relativ ridicat de ap al acesteia, astfel nct s poat fi ncrcat n digestor prin pompare. nmuierea are loc n tancurile de stocare sau n pre-digestoare, naintea pomprii materialului n digestorul principal. Lichidele folosite n procesul de nmuiere sunt alese n funcie de disponibilitatea acestora i sunt

29


constituite, n general, din gunoi de grajd lichid brut, digestat, ap de procesare sau chiar ap proaspt. Avantajul utilizrii digestatului n procesul de nmuiere este acela al reducerii consumului de ap proaspt i al inoculrii substratului cu microorganismele necesare procesului AD, care are loc la nivelul digestorului. Acest lucru poate prezenta importan n post-sanitaie sau n cadrul procesului de curgere lent. Cu toate acestea, folosirea digestatului pentru nmuiere poate avea drept consecin creterea coninutului n sruri i nutrieni al substratului, ceea ce poate conduce la dezechilibrarea procesului sau chiar la inhibiia acestuia. Aceleai precauii trebuie luate i n cazul utilizrii apei provenite din procesele de splare, deoarece substanele dezinfectante pot avea un impact negativ asupra microorganismelor necesare procesului AD. Folosirea apei potabile trebuie evitat din cauza costurilor crescute. Omogenitatea substratului este important pentru stabilitatea procesului AD. Materiile prime fluide sunt omogenizate prin amestecare n tancul de stocare, n timp ce materiile solide trebuie omogenizate n cursul procesului de alimentare. Fluctuaiile mari ale tipurilor de materii prime livrate, precum i ale compoziiei acestora, supun microorganismele AD stresului, acestea fiind obligate s se adapteze continuu noilor substraturi i schimbrii permanente a condiiilor de mediu. De obicei, acest fapt conduce la scderea produciei de biogaz. Experiena demonstreaz necesitatea existenei unor loturi stabile i constante de materie prim, pe perioade mai lungi de timp, n scopul obinerii unui proces AD stabil i sntos (echilibrat), lucru care va determina o producie mai ridicat de metan. Procesul AD aplicat gunoiului animal i deeurilor biologice poate conduce la apariia de noi ci de transmitere a agenilor patogeni i a bolilor provocate de ctre acetia, ntre oameni, vieuitoare i mediul nconjurtor:

n cazul oamenilor, poate determina apariia bolilor infecioase, iritaia mucoaselor, bronit, astm i alergie.

n cazul animalelor domestice i a faunei slbatice, poate determina transmiterea zoonozelor, precum i a altor boli.

Deeurile de origine animal i uman, utilizate drept materii prime pentru procesul AD, conin diverse bacterii patogene, parazii i virui. Speciile patogene prezente n mod normal n gunoiul de origine animal i n cel menajer sunt reprezentate de bacterii (de exemplu, Salmonellae, Enterobacter, Clostridiae, Listeria), parazii (de exemplu, Ascaris, Trichostrangylidae, Coccidae), virui i fungi. Co-digestia deeurilor provenite din abatoare i din industria de procesare a petelui, a nmolurilor de canalizare i a bioreziduurilor prezint un potenial de cretere a diversitii agenilor patogeni, care se pot raspndi n sol i pot ptrunde n lanul alimentar al oamenilor i al celorlalte vieuitoare. Digestatul produs de fabricile de biogaz este, de obicei, aplicat ca ngrmnt pe cmpurile agricole aparinnd ctorva ferme individuale. Riscul de rspndire a agenilor patogeni prin aplicarea digestatului trebuie prevenit, prin implementarea msurilor standard de siguran veterinar. Msurile sanitare enumerate mai jos contribuie la controlul efectiv al agenilor patogeni i al altor materii infecioase prin procesul AD:

30


Controlul sntii eptelului. Nu se vor utiliza materii prime provenite din fermele n care eptelul prezint probleme de sntate.

Controlul materiilor prime. Tipurile de biomas care prezint un risc nalt de contaminare cu ageni patogeni trebuie excluse din procesul AD.

Pre-sanitaia separat a categoriilor specifice de materii prime este obligatorie, dup cum este prevzut n Regulamentul European EC 1774/20021. n funcie de categoria materiei prime, reglementrile solicit fie pasteurizarea (la 70oC, timp de o or), fie sterilizarea sub presiune (la minimum 133oC, pentru cel puin 20 de minute i o presiune absolut a aburului de minimum 3 bari).

Sanitaia controlat. n cazul categoriilor de materii prime care nu necesit un proces separat de pre-sanitaie, conform Regulamentului EC 1774/2002, combinaia dintre temperatura procesului AD i timpul minim garantat de retenie (MGRT), la aceast temperatur, n interiorul digestorului, va conferi o reducere/inactivare eficient a agenilor patogeni din digestat.

Controlul eficienei reducerii agenilor patogeni din digestat, prin utilizarea organismelor indicatoare. Eficiena reducerii agenilor patogeni nu trebuie presupus, ci verificat prin folosirea uneia dintre metodele acreditate care utilizeaz organisme indicatoare (de exemplu, log10 al FS).

Reducerea efectiv a numrului agenilor patogeni din digestat este asigurat prin implementarea unui proces separat de pre-sanitaie, n cazul tipurilor de materie prim care necesit msuri speciale de sanitaie (de exemplu, ape reziduale provenite din abatoare, reziduuri alimentare din industria de catering, reziduuri de flotaie). n cazul tipurilor de materie prim care nu necesit msuri separate de sanitaie (gunoi animal, culturi energetice, reziduuri vegetale, alte reziduuri), sanitaia i reducerea numrului agenilor patogeni este asigurat prin nsui procesul AD. Unii parametri de procesare, precum temperatura, timpul de retenie n interiorul digestorului, pH-ul etc., au o influen direct sau indirect asupra eficienei sanitaiei prin procesul AD.

Temperatura Temperatura de procesare influeneaz procesul de sanitaie. n cazul pre-tratamentului materiilor prime, eficiena reducerii numrului agenilor patogeni crete odat cu creterea temperaturii.

Timpul de retenie n cazul fabricilor de biogaz care trateaz gunoiul animal, biomasa vegetal provenit din activitile fermelor, precum i alte tipuri de materii prime non-problematice, sanitaia este rezultatul combinrii temperaturii i a MGRT. Influena temperaturii i a MGRT asupra distrugerii agenilor patogeni este artat n Tabelul 9.4., care prezint timpii de decimare, n cazul ctorva tipuri comune de ageni patogeni prezeni n gunoiul animal. Spre exemplu, n cazul Salmonella typhimurium, distrugerea a 90% din populaie are loc n 0,7 ore ntr-un digestor care funcioneaz la temperatura de 53oC (digestie

1 Textul complet al (EC)No1774/2002 preciznd regulile sanitare aplicate produselor secundare de origine animal, nealimentare este disponibil pentru descrcare la adresa www.big-east.eu

31


termofil), n 2,4 zile ntr-un digestor care opereaz la 35oC (digestie mezofil), ns aceeai reducere a populaiei de Salmonella are loc n 2-6 sptmni la temperatura ambiental, n gunoiul netratat.

Valoarea pH-lui Reducerea populaiilor de microorganisme (bacterii) poate avea loc n medii acide sau alcaline. Din acest motiv, pre-hidroliza anumitor tipuri de biomas determin o scdere semnificativ a valorii pH-ului i reduce populaiile de microorganisme cu pn la 90% (din cauza efectului toxic al acizilor organici).

32


Tabelul 1 Timpii de decimare (T-90)* ai unor bacterii patogene comparaie ntre gunoiul animal tratat prin procesul AD i gunoiul netratat (BENDIXEN, 1999)

Bacteria Gunoi tratat prin procesul AD Gunoi netratat 530C (temperatur

termofil) ore

350C (temperatur mezofil)

zile

18-210C spt.

6-150C spt.

Salmonella typhimurium

0,7 2,4 2,0 5,9

Salmonella dublin 0,6 2,1 - - Escherichia coli 0,4 1,8 2,0 8,8 Staphilococcus aureus 0,5 0,9 0,9 7,1 Mycobacterium paratuberculosis

0,7 6,0 - -

Coliform bacteria - 3,1 2,1 9,3 Grupul D-Streptococi - 7,1 5,7 21,4 Streptococcus faecalis 1,0 2,0 - -

* Timpul de decimare T-90 reprezint timpul de supravieuire al microorganismelor cercetate. Timpul decimare T-90 este definit drept timpul necesar descreterii unei populaii viabile cu o unitate logaritmic (log10), ceea ce este echivalent cu o reducere de 90% (SCHLUNDT, 1984).

Originea gunoiului de grajd lichid Timpul de via al agenilor patogeni depinde de originea gunoiului lichid. Salmonellae, de pild, supravieuiete un timp mai ndelungat n gunoiul de grajd de origine bovin, dar, pe de alt parte, gunoiul porcin conine mai multe organisme infecioase, din cauza densitii mai mari a animalelor i a prezenei agenilor patogeni n hran. Efecte pozitive/negative Aglomerarea n scop protectiv a microorganismelor (bacteriilor) poate prelungi procesul de inactivare a agenilor patogeni.

Coninutul de substan uscat Unele tulpini de Salmonella supravieuiesc o perioad mai lung n cazul unui coninut de substan uscat mai mare de 7%.

Coninutul de amoniac Inactivarea agenilor patogeni este mai eficient n substraturile cu un coninut ridicat de amoniac. Datorit faptului c, n digestat, concentraia amoniacului este mai mare dect n cazul gunoiului brut, i eficiena inactivrii agenilor patogeni este, n mod corespunztor, mai mare.

Tipul digestorului n digestoarele cu amestecare complet, materia prim proaspt adugat poate oricnd s contamineze substratul deja sanitizat. Chiar i n interiorul unui reactor cu flux lent, n care particulele se mic uniform, o uoar amestecare nu poate fi prevenit. Din aceast

33


cauz, n reactoarele cu amestecare nu poate fi garantat un timp minim de retenie. Acest lucru poate fi asigurat numai n sisteme cu alimentare discontinu, n care digestorul este, mai nti, umplut, iar apoi complet golit dup digestie (de exemplu, metoda de alimentare n trane a unui sistem AD uscat).

O serie de ri europene posed reglementri de nivel naional ce prevd standarde de igien/sanitaie de urmat n cursul operrii fabricilor de biogaz care fie utilizeaz pentru procesele de digestie gunoiul animal provenit de la mai multe ferme, fie folosesc procese de co-digestie a gunoiului animal i reziduurilor organice. Una dintre cele mai importante reglementri europene privitoare la procesul AD este aa-numitul Regulament privitor la produsele secundare de origine animal EC 1774/2002, care stabilete condiiile necesare pentru tratarea i reciclarea deeurilor de origine animal. Regulamentul identific trei categorii principale de produse secundare de origine animal i precizeaz condiiile de tratare i de sanitaie a acestora, echipamentul necesar etc. Conform Tabelului 9.5., tratamentul produselor secundare de origine animal din categoria 1, n fabricile de biogaz, nu este permis. Cu excepia gunoiului de grajd lichid, al coninutului stomacal i intestinal (separat din stomac i intestine), al laptelui i colostrului (permis a fi utilizat fr pre-tratament, atunci cnd nu exist niciun pericol de rspndire a bolilor), toate produsele secundare de origine animal din categoria 2, nainte de a fi procesate ntr-o fabric de biogaz, trebuie sterilizate cu abur sub presiune, la 133C, 3 bari, i, de asemenea, s fie supuse tratamentului termic, timp de cel puin 20 de minute, dup atingerea temperaturii de 133oC, ntr-o fabric special autorizat pentru acest scop. Dimensiunile particulelor substratului tratat trebuie s fie

34


2. Gunoi animal provenit de la toate speciile i coninutul tractului digestiv al mamiferelor

- Toate materialele de origine animal colectate la tratarea apelor reziduale provenite din abatoare sau din fabricile de procesare din categoria 2, cu excepia fabricilor din categoria 1 de tratare a apelor reziduale provenite de la abatoare.

- Produse de origine animal care conin reziduuri de substane medicamentoase de uz veterinar. Animale moarte, altele dect rumegtoarele.

n vederea supunerii la procesul AD trebuie sterilizate sub presiune, timp de 20 de minute, la 1330C i 3 bari. NB: Gunoiul de grajd i coninutul tractului digestiv pot fi utlizate direct n procesul AD, fr un tratament prealabil.

3. Toate prile animalelor sacrificate, declarate ca fiind potrivite consumului uman, sau neafectate de orice semne de boal - Piei de animale.

n vederea supunerii la procesul AD trebuie sanitizate n tancuri separate, timp de 1or, la 70 0C.

n plus fa de tratamentul termic obligatoriu, Regulamentul privitor la produsele secundare de origine animal definete o serie de alte condiii obligatorii de procesare, pentru operarea fabricilor de biogaz, precum i condiiile de igien care trebuie ndeplinite de produii finali. n cazul reziduurilor provenite din buctrii i a altor resturi alimentare aparinnd categoriei 3, autoritile naionale responsabile pot s autorizeze excepii de la condiiile de procesare menionate mai sus, cu condiia aplicrii unei sanitaii echivalente (Tabelul 9.6.). Principala condiie pentru autorizarea metodelor alternative de procesare o constituie dovada distrugerii tuturor agenilor patogeni, echivalent pasteurizrii. Tabelul Error! No text of specified style in document..2. Exemplu de sanitaie controlat, echivalent pasteurizrii la 70oC timp de 1 or (Danemarca) (BENDIXEN, 1995)

Temperatura Timpul de retenie (MGRT) ntr-un

tanc pentru digestie termofil a)

Timpul de retenie (MGRT) prin tratamentul ntr-un tanc de sanitaie

separat b)

nainte sau dup digestie ntr-un tanc de reacie

termofil c)

nainte sau dup digestie ntr-un tanc de

reacie mezofil d)

52,0oC 10 ore

53,5oC 8 ore

55,0oC 6 ore 5,5 ore 7,5 ore

60,0oC 2,5 ore 3,5 ore

35


Tratamentul trebuie efectuat ntr-un tanc de digestie, la temperaturi termofile, sau ntr-un tanc de sanitaie, combinat cu digestia ntr-un tanc de reacie termofil sau mezofil. Combinaia dintre temperatura specific/MGRT trebuie respectat. a) Digestia termofil are loc, n acest caz, la 52oC. Timpul de retenie hidraulic (HRT)

n interiorul digestorului trebuie s fie de cel puin 7 zile. b) Digestia poate avea loc fie nainte, fie dup procesul de pasteurizare. c) Vezi punctul a) d) Temperatura de digestie mezofil trebuie s fie cuprins ntre 20-52oC. Timpul de

retenie hidraulic trebuie s fie de cel puin 14 zile. Condiiile de sanitaie difer n funcie de tipul fabricii de biogaz (proces termofil sau mezofil). Mai mult, n cazul tratamentului colectiv al materialelor aparinnd categoriilor diferite sunt utilizate cele mai stricte reglementri aplicabile. n cazul reziduurilor provenite din buctrii i a altor resturi alimentare, precum i n cazul mrfurilor alimentare expirate care nu au venit n contact cu produse secundare de origine animal netratate, trebuie asigurai urmtorii parametri pentru procesul AD termofil: temperatura 55C, timpul de retenie hidraulic de 20 de zile, cu un timp minim de reziden garantat de 24 de ore, dimensiunile particulelor 12 mm. n fabricile de biogaz care folosesc procesele mezofile (n intervalul de temperatur n jurul valorii de 37C), sanitaia termic are loc numai ntr-o msur redus. n acest caz, sanitaia trebuie asigurat prin tratamentul termic al tuturor materialelor care conin reziduuri domestice provenite din buctrii, sau prin demonstrarea, n mod relevant, a reducerii satisfctoare a populaiilor de ageni patogeni. Pentru evitarea apariiei riscului de infecie, reglementrile stabilesc separarea strict a activitilor de cretere a animalelor de zonele n care sunt amplasate fabricile de biogaz. Transportul, depozitarea intermediar, pre-tratamentul necesar (mrunirea, reducerea dimensiunilor particulelor), precum i procesarea n fabricile de biogaz sunt strict reglementate. Aceleai reglementri se aplic i n cazul sectoarelor de curare, dispozitivelor de curare, zonelor de dezinfecie, controlului duntorilor, obligaiilor de nregistrare i documentare, controalelor de igien, precum i ntreinerii corespunztoare a tuturor instalaiilor i calibrrii tuturor instrumentelor de msur. Mai mult, toate fabricile de biogaz trebuie s aib la dispoziie un laborator propriu, autorizat oficial, sau s apeleze la serviciile unui laborator extern autorizat, pentru analiza probelor i efectuarea testelor asupra eficienei reducerii populaiilor de ageni patogeni.

36


Figura 18 Exemplu de procedur standard de curare la Ribe biogas plant, Danemarca (AL SEADI, 2000) Suprafaa pe care i desfoar activitatea fabrica de biogaz trebuie separat n zone necontaminate i zone contaminate. Cele dou zone trebuie pstrate strict separate. Spaiile de curare a mijloacelor de transport, cisternelor de vidanjare, precum i cele destinate decontaminrii personalului fabricii trebuie, de asemenea, bine delimitate. Figura 9.1. prezint un exemplu de procedur standard pentru curarea vehiculelor utilizate pentru transportul biomasei, la Ribe Biogas Plant, Danemarca. n scopul evitrii deplasrilor fr ncrctur, cisternele de vidanjare trebuie s transporte gunoiul de grajd proaspt de la ferme pn la fabrica de biogaz i digestatul de la fabrica de biogaz ctre ferme. Pentru evitarea contaminrii dintre gunoiul proaspt i digestat, cisterna trebuie splat dup fiecare transport, n conformitate cu procedura descris mai sus. Contaminarea ntre ferme este mpiedicat prin deservirea cte unei singure ferme i evitarea transporturilor ntre acestea. 2.4 Evaluare initiala instalaii necesare la depozitare Deoarece exist o serie ntreag de tipuri diferite de materii prime, de diverse origini, care se preteaz proceselor de digestie n fabricile de biogaz, exist, n mod corespunztor, i tehnici variate de tratare a acestor tipuri de materii prime, precum i numeroase modaliti de construcie a digestoarelor i sistemelor de operare. Mai mult, n funcie de tipul, mrimea i condiiile de operare ale fiecrei fabrici de biogaz, exist variate tehnologii pentru condiionarea, stocarea i utilizarea biogazului, posibil de a fi implementate. n ceea ce privete stocarea i utilizarea digestatului, acestea sunt, n principal, orientate ctre folosirea sa ca ngrmnt, i, de asemenea, ctre msurile necesare pentru protecia mediului legate de aceast activitate.

Procedura standard de curare a vehiculelor de transport al gunoiului de grajd: Dup ce coninutul de biomas a fost complet

evacuat din cistern, toate suprafeele interioare ale cisternei sunt cltite cu ap de robinet, pn cnd apele reziduale devin complet limpezi.

Dup ce cisterna este goal i cltit complet,

toate suprafeele interioare sunt splate cu o soluie de NaOH 0,2%, de cel puin 200 litri n cazul unui tanc de dimensiuni mai mari, i de cel puin 150 litri n cazul unuia de mici dimensiuni.

Dup un interval de 2 minute, cisterna este

pregtit pentru a fi reumplut cu biomas digestat.

n timpul dezinfectrii, trebuie cltite toate

zonele exterioare ale cisternei i ale vehiculului, n special roile acestuia.

37


Principalele etape de procesare care au loc ntr-o fabric de biogaz sunt prezentate schematizat n figura 19. Etapele de procesare descrise cu caractere italice nu sunt practici comune pentru fabricile agricole de biogaz. Figura 19. Etapele de procesare n tehnologia biogazului (PRAL, 2008) Diferenierea n procese AD umede i uscate este numai una teoretic, de vreme ce toate procesele microbiologice au loc, ntotdeauna, n medii fluide. Delimitarea dintre procesele de digestie umed i uscat este determinat de gradul de fluiditate al materiei prime. Un coninut de substan uscat (DM) de peste 15% desemneaz faptul c materialul este prea puin fluid i nu poate fi pompat, n acest caz, procesul AD fiind definit drept digestie uscat. Alimentarea direct a digestorului cu materie prim relativ uscat (cum este porumbul nsilozat) conduce la creterea coninutului de substan uscat a mixturii folosite ca materie prim. Componenta principal a unei fabrici de biogaz este digestorul (tancul de reacie AD), care este acompaniat de un numr de alte componente (Figura 20).

Zdrobire Sortare Pasteurizare

Descrcare

Desulfurare

Uscare

Sechestrarea CO2

Stocarea gazului

Digestie umed Digestie uscat

Substraturi de materie prim

Substrat Condiionarea substratului

Tehnologia de digestie

Sistemul de procesare a biogazului

Livrare Stocare

Utilizarea biogazului

Stocarea i utilizarea digestatului

38


Figura 20 Principalele componente ale unei fabrici de biogaz (PRAL, 2008) Fabricile agricole de biogaz opereaz, n general, n patru mari etape de procesare (Figura 21.):

1. Transportul, livrarea, stocarea i pre-tratamentul materiei prime. 2. Producerea biogazului (AD). 3. Stocarea digestatului, eventual condiionarea i utilizarea acestuia. 4. Stocarea biogazului, condiionarea i utilizarea sa.

Etapele de procesare prezentate n Figura 7.3. sunt, mai departe, ilustrate n Figura 7.4., n care se reprezint, simplificat, schema unei fabrici agricole de biogaz prin co-digestie.

1. Prima etap de procesare (stocarea, condiionarea, transportul i alimentarea cu materie prim) necesit un tanc de stocare pentru gunoiul de grajd (2), recipieni de colectare (3), tancul de sanitaie (4), tancuri de stocare cu ncrcare direct din mijloacele de transport (5) i sistemul de alimentare cu materie prim solid (6).

2. A doua etap de procesare const n producerea de biogaz n reactorul de biogaz (7), de asemenea denumit i digestor.

3. A treia etap a procesrii este reprezentat de stocarea digestatului n tancul de stocare (10) i de utilizarea acestuia ca ngrmnt pe terenurile de cultur (11).

4. A patra etap de procesare (stocarea biogazului, condiionarea i utilizarea acestuia) are loc la nivelul tancului de stocare a biogazului (8) i a unitii de co-generare a energiei (CHP) (9).

Cele patru etape de mai sus ale procesrii sunt strns legate ntre ele. n particular, ntre etapa a doua i cea de a patra exist o legtur strns, ntruct etapa a patra asigur, n mod obinuit, cldura necesar procesrii n cadrul etapei a doua.

39


Figura 21. Etapele de procesare n fabricile agricole de biogaz (PRAL, 2008)

Livrare i depozitare

Condiionare i pre-tratare (opional) Separare, sortare, zdrobire, nmuiere,

omogenizare

Alimentare transport, dozare

Producerea biogazului Digestie anaerob n interiorul digestorului

Digestat Biogaz

1. Etap de procesare

2. Etap de procesare

Depozitarea digestatului i/sau

post-digestie Condiionarea digestatului

Biogaz

ndeprtare sau

compostare fr

separare solid-lichid

Separare solid-lichid (opional)

ngrmnt lichid

ndeprtare, compostare

4. Etap de procesare 3. Etap de procesare

Depozitarea biogazului

Condiionarea biogazului

Utilizarea biogazului

40


Figura 22 Fabric agricol de biogaz prin co-digestie, care utilizeaz ca materii prime gunoiul de grajd i porumbul nsilozat (LORENZ, 2008) Alegerea tipului i a planului general al unei fabrici de biogaz depinde, n principal, de natura materiei prime avute la dispoziie. Cantitatea materiei prime determin dimensionarea digestorului, a capacitilor de stocare, precum i a unitii energetice. Calitatea materiei prime (coninutul n substan uscat, structura i originea acesteia etc.) determin alegerea tehnologiei de procesare. n funcie de compoziia materiei prime, poate fi necesar un proces de separare a materialelor nedorite, nmuierea i zdrobirea materiei prime sau adugarea de ap, astfel nct amestecul s devin fluid i s poat fi pompat. n cazul n care materia prim este susceptibil la contaminare, devine necesar includerea unei etape de sanitaie n schema general de funcionare a viitoarei fabrici de biogaz. n cazul folosirii tehnologiei AD umede, proiectarea fabricii se realizeaz, n mod normal, pentru o procesare AD ntr-o singur etap, n flux, a materiei prime. Atunci cnd procesarea include dou etape, naintea digestorului principal se adaug un pre-digestor. Pre-digestorul creeaz condiiile optime pentru reaciile care au loc n cadrul primelor

1 Grajduri 2 Tancuri pentru gunoiul lichid 3 Recipiente de colectare pentru reziduuri biologice 4 Tanc de sanitaie 5 Tancuri de stocare cu ncarcare direct din mijloacele de transport 6 Sistem de alimentare cu materii prime solide 7 Digestor (reactor de biogaz)

8 Tanc de stocare a biogazului 9 Uzina energetic n co-generare 10 Tanc de stocare a digestatului 11 Terenuri agricole 12 Transformator/Energie n reea 13 Utilizarea cldurii

41


dou faze ale procesului AD (hidroliza i formarea mediului acid). Dup ieirea din pre-digestor, materia prim este introdus n digestorul principal, unde au loc fazele urmtoare ale procesului AD. Substratul digestat (digestatul) este evacuat din digestor prin pompare i ncrcat n tancurile de stocare. Acestea trebuie acoperite cu copertine impermeabile pentru gaze, deoarece producerea i colectarea biogazului poate continua i la temperatura ambiental (post-digestie). Ca o alternativ la aceasta, digestatul poate fi stocat i n containere deschise, avnd la suprafaa sa un strat de flotaie, natural sau artificial, n scopul minimizrii emisiilor de suprafa. Utilizarea standard a digestatului este aceea de ngrmnt lichid pe terenurile agricole. Biogazul produs este stocat, condiionat i folosit pentru producerea energiei. Utilizarea standard a acestuia este pentru producerea de energie prin co-generare, n centrale termice de tip bloc, unde are loc generarea s

!!! Studiu de Fezabilitate

Documents

Transcript of !!! Studiu de Fezabilitate